CN113525545A - 一种磁吸附式攀爬检测机器人 - Google Patents

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施君泽
李嘉颖
张磊
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Abstract

本发明公开了一种磁吸附式攀爬检测机器人，包括躯体装置和至少两个机械腿；躯体装置包括，躯体外壳、电源、控制模块和检测装置，其中电源、控制模块和检测装置安装在躯体外壳中；机械腿包括，转向装置和电磁式吸附腿，转向装置安装在躯体外壳上，电磁式吸附腿一端和转向装置连接，转向装置的电器组件通过导线和控制模块接通，当控制模块发出转向指令时，转向装置动作，进而带动电磁式吸附腿转动；电磁式吸附腿另一端上设有电磁铁，电磁铁和控制模块通过导线连接，通过控制模块控制电磁铁上电流的通断，使电磁式吸附腿吸附或脱离待测导磁金属的表面，所以提供了一种能够在复杂的检测环境中，稳定行走在导磁金属表面的机器人。

Description

一种磁吸附式攀爬检测机器人
技术领域
本发明属于机器人检测领域，具体涉及一种磁吸附式攀爬检测机器人。
背景技术
在现代的许多工程建设项目中，钢材被广泛使用。由于在使用过程中，钢材会出现变形、腐蚀老化、生锈、焊缝出现裂纹等缺陷，这些缺陷如果不及时的发现并解决，会影响设备的使用寿命和安全性。
目前对于板材的检测一般为外观检查、锈蚀量检测和超声波探伤检测，外观检测以目测为主，配合使用量测工具，对板材的外观形态和锈蚀状况进行检查；锈蚀量检测采用数字超声波测厚仪、改制的游标卡尺、测针和涂层厚度测定仪等测量仪器和工具检测；超声波探伤利用材料本身或内部的缺陷的声学性质对超声波的影响，非破坏性地探测内部缺陷的大小、形状和分布情况。对船舶的检测，如果通过人工检查将要消耗大量的人力物力，且检测人员的安全需要很好的保障；而现有的水下机器人检查又无法检查船体的水上部分，所以针对这些复杂的情况，本发明提供了一种能够适应复杂检测环境，可以在导磁金属表面行走的磁吸附式攀爬检测机器人。
发明内容
本发明的目的是提供一种吸磁附式攀爬检测机器人，解决现有技术中机器人不能适应复杂检测环境，和不能在导磁金属表面稳定行走的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种磁吸附式攀爬检测机器人，包括躯体装置和至少两个机械腿；躯体装置包括，躯体外壳、电源、控制模块和检测装置，其中电源、控制模块和检测装置安装在躯体外壳中，电源和控制模块通过导线接通，检测装置和控制模块通过导线接通；机械腿包括，转向装置和电磁式吸附腿，转向装置安装在躯体外壳上，电磁式吸附腿一端和转向装置连接，通过转向装置使电磁式吸附腿和躯体外壳连接，转向装置的电器组件通过导线和控制模块接通，并由控制模块控制，当控制模块发出转向指令时，转向装置动作，进而带动电磁式吸附腿转动；电磁式吸附腿另一端上设有电磁铁，电磁铁和控制模块接通，通过控制模块控制电磁铁上电流的通断，使电磁式吸附腿，吸附或脱离待测导磁金属的表面。
通过躯体外壳为电源、控制模块和检测装置提供安装位置，电源为机器人的用电装置供电，转向装置和控制模块接通，并由控制模块控制，当控制模块发出转向指令时，转向装置动作，进而带动电磁式吸附腿转动，电磁式吸附腿和待测导磁金属表面接触的一端，设有电磁铁，电磁铁和控制模块接通，通过控制模块控制电磁铁上电流的通断，使电磁式吸附腿，吸附或脱离待测导磁金属的表面，控制模块包括单片机、转向装置控制模块和无线信号收发模块，机器人操作者通过无线信号收发模块，一方面接收机器人传回的检测装置的数据，另一方面向单片机发送调节命令，单片机接收调节命令后，处理调节命令，并给电磁铁所在的电路发出调节命令，先使若干个机械腿中的部分机械腿的电磁铁断电，使机械腿和待测导磁金属表面脱离接触，然后给转向装置发出命令，使转向装置动作，之后当机械腿移动到指定位置后，使电磁铁通电，机械腿的一端吸附在待测导磁金属表面，然后依次移动其他机械腿，使机器人移动到指定的位置，所以通过机械腿的设置，使机器人更容易稳定的行走在导磁金属表面，并适应复杂的环境。
进一步的是，机械腿为6个，并分别绕躯体外壳布置。
通过将机械腿设置为6个，可以使机器人能在复杂的导磁金属表面做各种方向的移动，较一般轮式和履带式机器人更加灵活和稳定。
进一步的是，转向装置包括，第一舵机和舵机壳，第一舵机安装在舵机壳上，舵机壳和躯体外壳连接，第一舵机通过导线与控制模块电连接。。
通过第一舵机，使转向装置可以左右移动，进而带动电磁式吸附腿左右移动，第一舵机和控制模块通过导线接通，并由控制模块控制，通过舵机壳，使第一舵机和躯体外壳紧密连接。
进一步的是，电磁式吸附腿，包括第一连接件、第二舵机、第二连接件、第三舵机、第三连接件和吸附足，第一舵机的舵盘和第一连接件的一端连接，第一舵机工作后，使第一连接件左右移动；第二舵机的舵盘连接在第一连接件的另一端，第二舵机安装在第二连接件的一端，第二舵机通过导线与控制模块电连接，当控制模块发出指令时，第二舵机工作，使第二连接件上下移动；第三舵机安装在第二连接件的另一端，第三舵机的舵盘和第三连接件的一端连接，第三舵机通过导线与控制模块电连接，当控制模块发出动作指令时，第三舵机工作，使第三连接件上下移动；吸附足和第三连接件的另一端连接，电磁铁安装在吸附足上。
通过多个连接件，一方面使相邻部件连接起来，另一方面可以传动舵机的转动，使相连接的部件转动，通过第二舵机和第三舵机，可以调整电磁式吸附腿每个关节的竖直高度，使机械腿移动到相应的位置，通过吸附足为电磁铁提供了一个安装位置，通过电磁铁上电流的通断，来控制电磁铁的磁性，使吸附足吸附或脱离待测导磁金属表面。
进一步的是，电磁铁包括线圈和导体，线圈套在导体的外侧，并通过导线和控制模块接通，线圈和控制模块之间的导线上连接有继电器，控制模块通过控制继电器，进而控制线圈电流的通断，使吸附足吸附或脱离待测导磁金属表面。
通过将线圈套在导体的外侧，并通过导线和电源接通，为机械腿提供了一种软磁体，通电时，使吸附足吸附在待测导磁金属表面，断电时使吸附足和待测导磁金属表面脱离，通过设置继电器，并与控制模块接通，所以使用者可以通过控制模块，控制继电器，进而控制电流的通断，使机械腿可以根据实际的需求远程控制。
进一步的是，第一连接件为十字形板，包括第一连接板和第二连接板，第一连接板的两端向上弯折形成第一耳板，两个第一耳板和第一舵机的舵盘连接；第二连接板的两端向下弯折形成第二耳板，两个第二耳板和第二舵机的舵盘连接。
通过设置第一连接件，可以使第一舵机带动第一连接件左右移动，第二舵机带动第二连接件上下移动，使整个机械腿可以进行上下左右多个方向的移动。
进一步的是，第三连接件为空心的条状体。
通过将第三连接件设置为空心的条状体，可以减轻机械腿的重量。
进一步的是，躯体外壳靠近待测导磁金属表面的一端设有磁铁。
通过在躯体外壳靠近待测导磁金属表面的一端设置超薄的磁铁，通过磁体和待测导磁金属表面的吸力，可以增大机械腿对导磁金属表面的压力，进而增大摩擦力，使机器人的移动更加平稳。
进一步的是，检测装置包括***头和红外探伤仪。
通过***头，可以检测导磁金属表面的情况，通过红外探伤仪，可以检测导磁金属内部的损伤程度，***头和红外探伤仪与控制模块接通，将采集的信息传递给控制模块，控制模块的无线信号收发模块，将数据传给机器人使用者。
进一步的是，躯体外壳、舵机壳、第一连接件、第二连接件和第三连接件均采用尼龙材料，并使用3D打印技术加工。
由于尼龙材料的机械强度高，韧性好，质量轻，所以将躯体外壳、舵机壳、第一连接件、第二连接件、第三连接件和各种结构件，均由尼龙材料制成，且使用3D打印技术加工，有利于批量生产，和降低成本。
本发明的有益效果是：
通过设置若干个机械腿，可以使机器人稳定的移动，通过控制模块控制转向装置，可以使机器人的移动，通过控制模块控制电磁铁，可以使机械腿和待测导磁金属表面脱离或吸附，使机器人更灵敏和牢靠的与待测导磁金属表面吸附或脱离，通过设置第二舵机和第三舵机，使机器人的每个关节可以竖直转动，通过在躯体外壳上设置超薄的磁铁，可以增加机械腿和导磁金属表面的摩擦力，使机器人行走更加平稳，通过采用尼龙材料来制造各种结构件，可以减轻机器人的重量，使用3D打印技术加工各种结构件，可以减省人力，实现批量生产。
附图说明
图1为一种吸磁附式攀爬检测机器人的结构图。
图2为一种吸磁附式攀爬检测机器人机械腿的结构图。
图3为本发明控制***示意图。
图中零部件、部件及编号：躯体外壳1、电源2、舵机壳3、第一连接件4、第二舵机5、第二连接件6、第三舵机7、第三连接件8、吸附足9
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施方法，并结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一个最佳实施例，而不是全部的实施例。
实施例一：
如图1所示，一种磁吸附式攀爬检测机器人，包括躯体装置和六个机械腿，躯体装置包括，躯体外壳1、电源2、控制模块和检测装置，其中电源2、控制模块安装在躯体外壳1中，通过四个和躯体外壳1连接的固定板，将控制模块夹在固定板的中间，固定在躯体外壳内，在躯体外壳1的外侧，靠近待测导磁金属表面的一端设有磁铁，磁铁为超薄磁铁，固定在躯体外壳的下端外侧，电源2选用24V的锂电池，并通过电池盒，安装在躯体外壳1的内侧，电源2和控制模块通过导线接通，检测装置和控制模块通过导线接通，检测装置包括***头和红外探伤仪，并设置在躯体壳体上，***头和红外探伤仪通过导线和控制模块接通，通过***头和红外探伤仪检测待测金属表面，并通过无线信号收发模块，将检测装置检测的数据发给机器人操作者，使操作者得到待测数据，六个机械腿分别绕躯体外壳布置，并和躯体外壳1连接。
如图2所示，每个机械腿包括，转向装置和电磁式吸附腿，转向装置包括，第一舵机和舵机壳3，第一舵机安装在舵机壳3上，舵机壳3和躯体外壳1之间通过八个自攻螺钉连接，第一舵机通过导线与控制模块电连接；电磁式吸附腿，包括第一连接件4、第二舵机5、第二连接件6、第三舵机7、第三连接件8和吸附足9，第一舵机的舵盘通过第一舵机轴和第一连接件4的一端连接，第一舵机工作后，使第一连接件4左右移动；第二舵机5的舵盘通过第二舵机轴连接在第一连接件4的另一端，第二舵机5安装在第二连接件6的一端，第二舵机5通过导线与控制模块电连接，当控制模块发出指令时，第二舵机5工作，使第二连接件6上下移动；第三舵机7安装在第二连接件6的另一端，第三舵机7的舵盘通过第三舵机轴和第三连接件8的一端连接，第三舵机7通过导线与控制模块电连接，当控制模块发出动作指令时，第三舵机7工作，使第三连接件8上下移动；吸附足9和第三连接件8的另一端连接，第三连接件8为空心的条状体，电磁铁安装在吸附足上。
电磁铁包括线圈和导体，线圈套在导体的外侧，并通过导线和控制模块接通，线圈和控制模块之间的导线上连接有继电器，控制模块通过控制继电器，进而控制线圈电流的通断，使吸附足吸附或脱离待测导磁金属表面。
第一连接件4为十字形板，包括第一连接板和第二连接板，第一连接板的两端向上弯折形成第一耳板，两个第一耳板和第一舵机的舵盘连接；第二连接板的两端向下弯折形成第二耳板，两个第二耳板和第二舵机5的舵盘连接。
躯体外壳1、舵机壳3、第一连接件4、第二连接件6、第三连接件8和控制模块的支撑板均采用尼龙材料，并使用3D打印技术加工。
本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种磁吸附式攀爬检测机器人，其特征在于，包括躯体装置和至少两个机械腿；
所述躯体装置包括，躯体外壳(1)、电源(2)、控制模块和检测装置，其中电源(2)、控制模块和检测装置安装在躯体外壳(1)中，电源(2)和控制模块通过导线接通，检测装置和控制模块通过导线接通；
所述机械腿包括，转向装置和电磁式吸附腿，所述转向装置安装在躯体外壳(1)上，电磁式吸附腿一端和转向装置连接，通过转向装置使电磁式吸附腿和躯体外壳连接，转向装置的电器组件通过导线和控制模块接通，并由控制模块控制，当控制模块发出转向指令时，转向装置动作，进而带动电磁式吸附腿转动；
所述电磁式吸附腿另一端上设有电磁铁，电磁铁和控制模块通过导线连接，通过控制模块控制电磁铁上电流的通断，使电磁式吸附腿吸附或脱离待测导磁金属的表面。
2.根据权利要求1所述的一种磁吸附式攀爬检测机器人，其特征在于，所述机械腿为六个，并分别绕躯体外壳(1)布置。
3.根据权利要求1所述的一种磁吸附式攀爬检测机器人，其特征在于，所述转向装置包括，第一舵机和舵机壳(3)，第一舵机安装在舵机壳(3)上，舵机壳(3)和躯体外壳(1)连接，第一舵机通过导线与控制模块电连接。
4.根据权利要求1所述的一种磁吸附式攀爬检测机器人，其特征在于，所述电磁式吸附腿，包括第一连接件(4)、第二舵机(5)、第二连接件(6)、第三舵机(7)、第三连接件(8)和吸附足(9)，所述第一舵机的舵盘和第一连接件(4)的一端连接，第一舵机工作后，使第一连接件(4)左右移动；
所述第二舵机(5)的舵盘连接在第一连接件(4)的另一端，第二舵机(5)安装在第二连接件(6)的一端，第二舵机(5)通过导线与控制模块电连接，当控制模块发出动作指令时，第二舵机(5)工作，使第二连接件(6)上下移动；
所述第三舵机(7)安装在第二连接件(6)的另一端，第三舵机(7)的舵盘和第三连接件(8)的一端连接，第三舵机(7)通过导线与控制模块电连接，当控制模块发出动作指令时，第三舵机(7)工作，使第三连接件(8)上下移动；
所述吸附足(9)和第三连接件(8)的另一端连接，电磁铁安装在吸附足(9)上。
5.根据权利要求4所述的一种磁吸附式攀爬检测机器人，其特征在于，所述电磁铁包括线圈和导体，线圈套在导体的外侧，并通过导线和控制模块接通，线圈和控制模块之间的导线上连接有继电器，控制模块通过控制继电器，进而控制线圈电流的通断，使吸附足吸附或脱离待测导磁金属表面。
6.根据权利要求4所述的一种磁吸附式攀爬检测机器人，其特征在于，所述第一连接件(4)为十字形板，包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板的两端向上弯折形成第一耳板，两个第一耳板和第一舵机的舵盘连接；第二连接板的两端向下弯折形成第二耳板，两个第二耳板和第二舵机(5)的舵盘连接。
7.根据权利要求4所述的一种磁吸附式攀爬检测机器人，其特征在于，所述第三连接件(8)为空心的条状体。
8.根据权利要求1所述的一种磁吸附式攀爬检测机器人，其特征在于，所述躯体外壳(1)靠近待测导磁金属表面的一端设有磁铁。
9.根据权利要求1所述的一种磁吸附式攀爬检测机器人，其特征在于，检测装置包括***头和红外探伤仪。
10.根据权利要求4所述的一种磁吸附式攀爬检测机器人，其特征在于，躯体外壳(1)、舵机壳(3)、第一连接件(4)、第二连接件(6)和第三连接件(8)均采用尼龙材料，并使用3D打印技术加工。
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